Batteria secca

La batteria a secco utilizza celle voltaiche con un elettrolita pastoso

Cos'è una batteria secca?

UN Batteria secca È una batteria il cui mezzo elettrolitico è costituito da una pasta e non da una soluzione. Questa pasta, tuttavia, ha un certo livello di umidità e per tali motivi non è strettamente asciutto.

La piccola quantità di acqua è sufficiente affinché gli ioni si muovano e, quindi, il flusso di elettroni all'interno della pila.

Il suo enorme vantaggio rispetto alle prime batterie bagnate, è che poiché si tratta di una pasta elettrolitica, il suo contenuto non può essere versato, che è accaduto con le batterie bagnate, che erano più pericolose e delicate delle loro controparti asciutte.

Data l'impossibilità di fuoriuscite, la batteria a secco viene utilizzata in numerosi dispositivi portatili e mobili.

Questi dispositivi rappresentano un comfort energetico avendo energia chimica in tasca che può essere trasformata in elettricità.

In questo modo, non dipende da colpi di corrente o di energia forniti da grandi impianti elettrici e dalla loro vasta rete di torri e cavi.

Struttura della batteria secca

Nell'immagine puoi vedere la sua copertina, che non è altro che un film polimerico, l'acciaio e i due terminali le cui rondelle isolanti si distinguono dalla parte anteriore.

Tuttavia, questo è solo il suo aspetto esterno. All'interno sono le sue parti più importanti, che garantiscono il loro corretto funzionamento.

Ogni batteria a secco avrà le sue caratteristiche, ma verrà considerata solo la batteria di zinco-carbonio, di cui una struttura generale può essere schematizzata per tutte le altre batterie.

Comprendi la batteria l'unione di due o più batterie e queste ultime sono celle voltaiche, come verrà spiegato in una sezione successiva.

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Elettrodi

Struttura interna di una pila di zinco-carbonio. Fonte: Wikimedia Commons

Nell'immagine superiore viene mostrata la struttura interna di una pila di carbonio di zinco. Indipendentemente dalla cella voltaica, ci devono sempre essere (normalmente) due elettrodi: uno da cui gli elettroni si staccano e un altro che li riceve.

Gli elettrodi sono conduttori di elettricità e quindi esistono corrente, entrambi devono avere elettronegatività diverse.

Ad esempio, lo zinco, lattina bianca che racchiude la batteria, è dove gli elettroni escono al circuito elettrico (dispositivo) dove si collega.

D'altra parte, nell'intero mezzo si trova l'elettrodo di carbonio grafico, immerso anche in una pasta composta NH₄Cl, Zncl₂ e Mno₂.

Questo elettrodo è quello che riceve gli elettroni e osserva che ha il simbolo "+", il che significa che è il terminale positivo della batteria.

Terminali

Come osservato sopra l'asta di grafite nell'immagine, è il terminale elettrico positivo e sotto la lattina interna dello zinco in cui fluiscono gli elettroni, il terminale negativo.

Ecco perché le batterie portano i marchi '+' o '-' per indicare il modo corretto per collegarle al dispositivo e permettergli di attivare.

Sabbia e cera

Anche se non è mostrato, la pasta è protetta da una sabbia smorzante e da un sigillo di cera che impedisce che, prima di lievi impatti meccanici o agitazione, si riversano o entra in contatto con l'acciaio.

Come funziona una batteria secca?

Per cominciare, è una cella voltaica, cioè genera elettricità dalle reazioni chimiche. Pertanto, si verificano reazioni redox all'interno delle batterie, dove le specie vincono o perdono elettroni.

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Gli elettrodi fungono da superficie che facilita e consente lo sviluppo di queste reazioni. A seconda dei loro carichi, possono verificarsi ossidazione o riduzione delle specie.

Per capirlo meglio, solo gli aspetti chimici che la batteria di zinco-carbonio verrà spiegata.

Ossidazione dell'elettrodo di zinco

Non appena l'artefatto elettronico è acceso, la batteria rilascerà gli elettroni mediante ossidazione dell'elettrodo di zinco. Questo può essere rappresentato con la seguente equazione chimica:

Zn => zn²⁺ + 2e^--

Se c'è molto Zn²⁺ Intorno al metallo, si verificherà una polarizzazione a causa del carico positivo, quindi non ci sarà più ossidazione. Pertanto, lo Zn²⁺ Deve essere distribuito attraverso la pasta al catodo, in cui entreranno gli elettroni di ritorno.

Gli elettroni, una volta attivati ​​l'artefatto, tornano all'altro elettrodo: quello della grafite, per incontrare alcune specie chimiche "in attesa".

Riduzione del cloruro di ammonio

Come detto prima, nella pasta c'è NH₄Cl e Mne₂, sostanze che trasformano il loro pH acido. Non appena gli elettroni immettono le seguenti reazioni:

2nh₄⁺ + 2e^- => 2nh₃ + H₂

I due prodotti, ammoniaca e idrogeno molecolare, NH₃ e h₂, Sono gas e quindi possono "gonfiare" la batteria se non subiscono altre trasformazioni, come le seguenti due:

Zn²⁺ + 4nh₃ => [Zn (NH₃)₄"²⁺

H₂ + 2mn₂ => 2mn (OH)

Si noti che l'ammonio è stato ridotto (elettroni vinti) per diventare NH₃. Quindi, questi gas sono stati neutralizzati dagli altri componenti della pasta.

Il complesso [Zn (NH₃)₄"²⁺ facilita la diffusione degli ioni Zn²⁺ Verso il catodo e quindi impedire alla batteria di "fermarsi".

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Il circuito esterno dell'artefatto funziona come un ponte per gli elettroni, altrimenti non ci sarebbe mai una connessione diretta tra la lattina di zinco e l'elettrodo di grafite. Nell'immagine della struttura, questo circuito rappresenterebbe il cavo nero.

Scaricamento

Le batterie a secco hanno molte varianti, dimensioni e tensioni di lavoro. Alcuni di essi non sono ricaricabili (celle voltaiche primarie), mentre altri sì (celle voltaiche secondarie).

La batteria di zinco-carbonio ha una tensione di lavoro di 1,5 V. Le sue forme cambiano a seconda dei loro elettrodi e della composizione dei loro elettroliti.

Un punto arriverà in cui l'intero elettrolita ha reagito e, indipendentemente dalla quantità di zinco, non ci saranno specie che ricevono elettroni e promuovono il loro rilascio.

Inoltre, potrebbe essere il caso in cui i gas formati non siano più neutralizzati e rimangono esercitando la pressione all'interno delle batterie.

Le batterie di zinco-carbonio e altre che non sono ricaricabili, devono essere riciclate, poiché i loro componenti, specialmente se si tratta di nichel-cadmium, sono dannosi per l'ambiente contaminando terreni e acque.

Riferimenti

1. La batteria "a cella secca". Recuperato da Makahiki.KCC.Hawaii.Edu
2. Cos'è una batteria a cella secca? Estratto da UpsbatteryCenter.com
3. Come funzionano le batterie a celle asciutte? Recuperato dallo scientifico.com
4. Batterie. Estratto da ExptinThatStuff.com.